Евгений Лосев - Турбовозы. История, теория, конструкция

Питательный насос высокого давления трёхскальчатый, работает от электромотора постоянного тока. Все три скалки работают параллельно, подавая воду пол давлением 235 ат. Вода поступает в насос из котла Борзига при температуре 180—190°C.

Для непрерывного наблюдения над работой установки имеются следующие приспособления:

1) на питательных трубах обоих котлов Бензона и Борзига поставлены водомеры Вентури;

2) на паропроводе к турбине парометр Вентури;

3) в разных концах котла включены медно-константановые термоэлементы и места эти соединены с манометрами;

4) отдельные ступени турбины соединены с манометрами.

Профессор Леффлер создал совершенно новый тип котлов высокого давления, резко отличающийся от существующих. Котлы Бензона тоже резко отличаются от остальных систем, но в них сохранена основная черта всех паровых котлов: передача тепла пару происходит главным образом в самом котле, а перегреватель и подогреватель воды играют второстепенную роль. Между тем, в котлах Леффлера передача теплоты происходит исключительно в перегревателе и подогревателе воды, а испаритель вынесен из сферы огня, и испарение производится в нём перегретым паром. Как видно из схематического чертежа, перегретый пар частью отводится в общий паропровод, частью поступает в испаритель, где он, проходя через воду, отдает ей свою теплоту перегрева и происходит парообразование; пар проходит через небольшой слой воды, всего в несколько сантиметров, отчего остаётся сухим. Если давление пара 120 ат, а температура перегрева 450°С то теплота перегрева равна 125 кал/кг; если, поэтому, вода подогревается до кипения, то 1 кг перегретого пара может испарить 0,4 кг воды, так как при 120 ат теплота испарения равна 300 кал/кг. Для получения 1 кг рабочего пара нужно прогонять чрез перегреватель 3,5 кг насыщенного пара или, другими словами, из 3,5 кг перегретого пара приходится 2,5 кг отводить обратно в испаритель. Для растопки берут пар из общего паропровода или из специального котла, при этом не требуется пар рабочего давления, а достаточно установить в испарителе любое давление и, действительно, в пробном котле растопка производилась паром в 12 ат, после чего начинался перегрев пара.

Схематический чертёж котла Леффлера.

Котёл состоит из испарителя k, перегревателя пара и, подогревателя воды v и двух насосов s и p. Питательный насос s нагнетает воду через подогреватель в нижнюю часть испарителя. Давление в испарителе всегда несколько ниже, чем в перегревателе, а потому приходится перекачивать пар в последний насосом p.

На Венском паровозостроительном заводе во Флорисдорфе был установлен небольшой пробный котёл производительностью 300 кг пара в час. Давление пара 100—120 ат, а температура перегрева 450—500°C, но временами доходила до 600°C. Из финансовых соображений при котле не установлен двигатель высокого давления, а пар отводился в общий паропровод силовой станции завода, работающей с давлением 12 ат. Скорость насоса для перекачки пара в перегреватель может регулироваться в широких пределах до 230 об/мин в зависимости от изменения нагрузки котла. Испаритель изготовлен по проекту Леффлера в Дюссельдорфе из мартеновской стали по совершенно новому способу; он состоит из тянутой трубы с ввинченными плоскими днищами. Так как испаритель не зависит от топки, то он может быть поставлен в любом месте и не требует высоких подмосток. Во Флорисдорфе он установлен на уровне пола. Испаритель, насос и паропровод тщательно покрыты стеклянной ватой и обмазаны. Топка нефтяная – для возможности точного учёта расхода топлива. Стенки дымоходов вдоль перегревателя сделаны из толстых шамотных плит для лучшего отражения теплоты.

Котёл пущен в ход в декабре 1924 г., а затем подвергся тщательным испытаниям, работая регулярно по 6—9 часов в день. При этом не оказалось никаких затруднений. Трубки перегревателя оказались совершенно чистые, без накипи, а равно не было деформации перегревателя, хотя котёл ежедневно останавливался и перегреватель успевал за ночь остыть. Растопка производилась паром (с давлением 12 ат) из общего паропровода, а дальнейшая растопка до полного рабочего давления длилась 1,5 ч.

Достоинства этой системы парогенерации проверены в многолетней эксплуатационной практике в стационарной силовой установке в Вене (Австрия) и Витковицах (Германия), что и явилось побудительным мотивом к использованию её в качестве локомотивной установки.

В 1936 г. в Германии на заводе Schwartzkopf с котлом этой системы построен трёхцилиндровый паровоз двойного давления (120 и 15 ат) типа 2—3—1. Это первый опыт применения котлов Леффлера в локомотивостроении. До этого паровозы с системой такого типа не строились.

Внешний вид паровоза Schwartzkopf – Леффлера. Фото из книги Ф. Я. Славгородского.

Особенностью системы являются, во-первых, генерация пара в бестопочном котле – так называемом котле-испарителе и, во-вторых, принудительная циркуляция пара высокого давления по двум параллельным замкнутым контурам.

Установка состоит из

– котла-испарителя высокого давления;

Котёл-испаритель со снятой крышкой лаза. Фото из книги

Ф. Я. Славгородского.

– топочной камеры, образуемой так называемой первой системой пароперегревательных трубок небольшого диаметра, присоединённых к горизонтальным коллекторам, располагаемым по обеим сторонам топки; в этой системе происходит первая стадия перегрева;

– второй системы такого же диаметра пароперегревательных трубок, устанавливаемой впереди первой и последовательно с ней соединённой; в ней происходит вторая стадия перегрева пара;

– промежуточного пароперегревателя низкого давления – 15,5 ат;

– водоподогревателя высокого давления;

– воздухоподогревателя, обеспечивающего подогрев поступающего в топку воздуха до 150°C;

– котла-теплобменника, в котором происходит подогрев поступающей из тендера воды, а также генерация пара низкого давления за счёт использования теплоты отработавшего пара высокого давления;

– водопитательных и пароциркуляционных насосов;

Паровой циркуляционный насос. Фото из книги Ф. Я. Славгородского.